Аэродинамический расчет системы вентиляции

Аэродинамический расчет систем вентиляции

Расчет воздухораспределения

Расчет воздухораспределения производится для основного помещения и заключается в выборе воздухораспределителей, удовлетворяющих следующим требованиям:

– скорость воздуха в приточной струе на входе в рабочую зону должна быть не более допустимой;

– разность температур воздуха на входе в рабочую зону должна быть не более допустимой;

– для настилающихся струй расстояние, на котором струя отрывается от потолка х_отр, должно быть не менее 0,75 длины помещения по направлению движения струи.

Для обеспечения архитектурных требований в основном помещении здания рекомендуется в качестве воздухораспределителей принимать для помещений высотой до 3м приточные регулируемые решетки, а для высоких помещений – потолочные воздухораспределители типа ВДШ, ВДУМ и другие.

Расчет воздухораспределителей выполняется по методике, изложенной в главе 8.

Необходимая площадь живого сечения воздухораспределителей F_н, м 2 , определяется по формуле:

, (8.1)

где L – расход приточного воздуха, м 3 /ч;

v – скорость воздуха на выходе из воздухораспределителя, м/с, принимаемая в зависимости от высоты выпуска приточного воздуха по рекомендациям в пределах от 2 до 6 м/с.

Тип и количество воздухораспределителей n принимается по данным главы 8. Там же указана фактическая площадь живого сечения воздухораспределителя F_о, м 2 . Схема воздухораспределения принимается по рис.8.1.

Определяется действительная скорость воздуха на выходе из воздухораспределителя v_ф, м/с:

(8.2)

В таблице 8.1 находится номер принятого воздухораспределителя и по таблице 8.2 выбираются расчетные формулы для определения следующих величин:

– скорости воздуха в струе на входе в рабочую зону v_х;

– разности температур воздуха Δt_х;

– для настилающихся струй определяется расстояние, на котором струя отрывается от потолка х_отр.

Воздухораспределители, удовлетворяющие всем перечисленным выше требованиям, принимаются к проектированию.

Во вспомогательных помещениях здания приток воздуха осуществляется с помощью приточных регулируемых решёток. При выборе решёток рекомендуется принимать скорость воздуха в живом сечении решётки не более 3 м/с.

Выбор приточных решеток производится следующим образом:

1. Определяется необходимое сечение решёток F_н, м 2 , по формуле:

(8.3)

2. По справочной литературе выбираются приточные решетки и выписывается типоразмер и фактическая площадь живого сечения F_ф.

3. Определяется фактическая скорость воздуха в решётке v_ф, м/с:

(8.4)

Результаты выбора воздухораспределителей сводятся в таблицу 8.1.

Аэродинамический расчет систем вентиляции

Чистый свежий воздух в доме имеет большое значение для создания комфортной обстановки. Но такой воздух возможен, если в помещении хорошо функционирует система воздухообмена. Если в помещении такая система не налажена, то могут скапливаться неприятные запахи, такие как:

• запах табачного дыма;
• канализационный запах;
• кухонные запахи и др.

Для того чтобы воздухообмен в системе был правильный, очень важно при проектировании сделать аэродинамический расчет систем вентиляции.

Что такое аэродинамический расчет?

При проектировании вентиляционной системы особое значение занимает квадратура и воздуховод. Ведь именно от них зависят многие факторы, например, такие как скорость передвижения воздушных масс или сила шума, которая может доноситься из системы. Поэтому в этой ситуации необходим аэродинамический расчет.

Расчет, при котором определяются размеры сечений воздуховодов, называется аэродинамический. При таком расчете на участках вентиляции определяются размеры их сечений. К тому же определяется нагнетание, которое образовывается вследствие движения воздуха.

Перемещаемый по вентиляции воздух, при его расчетах принимают как несжимаемую жидкость. Это считается допустимым из-за создания сильного давления, которое возникает вследствие трения воздуха о поверхность вентиляционной системы. Но это не единственная причина создания давления. К этому еще можно отнести местное сопротивление, нарастающее при изгибах труб, при сужении диаметра вентиляции и тому подобное.

При расчетах может случиться так, что некоторые величины уже известны. Например, когда давление известно, следует найти поперечное сечение вентиляционных труб. Это необходимо для того чтобы перемещалось нужное количество кислорода.

Основные формулы аэродинамического расчета

После определения нужного количества воздуха проходящего по вентиляционной системе, можно проводить аэродинамический расчет и проектировать размещение воздуховодов.

Для того чтобы провести расчет, нужно сделать:

• Чертеж аксонометрической схемы, на которой будут указаны все перечисления, а также размеры элементов вентиляционной системы.
• Определить длину воздухопроводов.
• Разделить систему на одинаковые участки и определить расход воздуха.

После всех вычислений нужно выбрать основную магистраль. Как правило, это самый длинный участок. Нумерация определяется от самого дальнего участка. После занесения данных в таблицу, следует подобрать форму поперечного сечения. Его площадь рассчитывают по формуле.

Где первое значение является площадью поперечного сечения, второе – расходуемым воздухом на участке, а третье – скоростью передвижения газа.

После нахождения величины нужно подобрать воздуховод, подходящий к вычислениям и провести расчет скорости движения происходящей на данном участке.

Где FФ считается фактической площадью сечения.

После того, как был произведен расчет, нужно произвести расчет уменьшения давления, опираясь на специальные таблицы. Далее складываются все значения местных сопротивлений. Эта сумма учитывается для расчета нужного количества воздуха в системе.

Таким образом, при проектировании вентиляционной системы, дабы застраховать себя от ряда целых неприятностей обязательно нужно производить аэродинамический расчет.

Методика аэродинамического расчета воздуховодов

Этим материалом редакция журнала “МИР КЛИМАТА” продолжает публикацию глав из книги “Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для произ- водственных и общественных зданий”. Автор Краснов Ю.С.

Аэродинамический расчет воздуховодов начинают с вычерчивания аксонометрической схемы (М 1: 100), проставления номеров участков, их нагрузок L (м 3 /ч) и длин I (м). Определяют направление аэродинамического расчета – от наиболее удаленного и нагруженного участка до вентилятора. При сомнениях при определении направления рассчитывают все возможные варианты.

Расчет начинают с удаленного участка: определяют диаметр D (м) круглого или площадь F (м 2 ) поперечного сечения прямоугольного воздуховода:

Рекомендуемую скорость принимают следующей:

Скорость растет по мере приближения к вентилятору.

По приложению Н из [30] принимают ближайшие стандартные значения: D_CT или (а х b)_ст (м).

Фактическая скорость (м/с):

Гидравлический радиус прямоугольных воздуховодов (м):

(для прямоугольных воздуховодов D_ст=DL).

Коэффициент гидравлического трения:

Потери давления на расчетном участке (Па):

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховодов.

Местные сопротивления на границе двух участков (тройники, крестовины) относят к участку с меньшим расходом.

Коэффициенты местных сопротивлений даны в приложениях.

Схема приточной системы вентиляции, обслуживающей 3-этажное административное здание

Воздуховоды изготовлены из оцинкованной тонколистовой стали, толщина и размер которой соответствуют прил. Н из [30]. Материал воздухозаборной шахты – кирпич. В качестве воздухораспределителей применены решетки регулируемые типа РР с возможными сечениями: 100 х 200; 200 х 200; 400 х 200 и 600 х 200 мм, коэффициентом затенения 0,8 и максимальной скоростью воздуха на выходе до 3 м/с.

Сопротивление приемного утепленного клапана с полностью открытыми лопастями 10 Па. Гидравлическое сопротивление калориферной установки 100 Па (по отдельному расчету). Сопротивление фильтра G-4 250 Па. Гидравлическое сопротивление глушителя 36 Па (по акустическому расчету). Исходя из архитектурных требований проектируют воздуховоды прямоугольного сечения.

Сечения кирпичных каналов принимают по табл. 22.7 [32].

Коэффициенты местных сопротивлений

Участок 1. Решетка РР на выходе сечением 200×400 мм (рассчитывают отдельно):

Падение давления в решетке:

Расчетное давление вентилятора р:

Δрвент = 1,1 (Δраэрод + Δрклап + Δрфильтр + Δркал + Δрглуш)= 1,1 (185 + 10 + 250 + 100 + 36) = 639 Па.

Lвент= 1,1 х Lсист = 1,1 х 10420 = 11460 м 3 /ч.

Выбран радиальный вентилятор ВЦ4-75 № 6,3, исполнение 1:

L = 11500 м 3 /ч; Δрвен = 640 Па (вентагрегат Е6.3.090- 2а), диаметр ротора 0,9 х Dпом., частота вращения 1435 мин-1, электродвигатель 4А10054; N = 3 кВт установлен на одной оси с вентилятором. Масса агрегата 176 кг.

Проверка мощности электродвигателя вентилятора (кВт):

По аэродинамической характеристике вентилятора nвент = 0,75.

Аэродинамический расчет вентиляционных систем

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

В приточных вентиляционных системах воздуховоды служат для распределения чистого воз­духа, подаваемого в помещение в места воздухораздачи, в вытяжных системах, наоборот, ­ для сбора загрязненного воздуха в местах воздухоудаления и подачи его к вытяжному вентилятору с последующим выбросом через очистные устройства или

без них в атмосферу. Практически почти каждая вентиляционная система имеет воздуховоды.

В­ производственных зданиях применяют воздуховоды, изго­товленные из металла, в административных, общественных и жилых из металла либо из строительных конструкций (например кирпичные).

Самое большое число воздуховодов изготавливают из оцинкованной тонколистовой стали. Эти воздуховоды по виду сечения могут быть круглыми либо прямоугольными. Круглые воздухо­воды имеют ряд преимуществ перед прямоугольными ­ они более прочны при одинаковой толщине металла, менее трудоемки и для их изготовления требуется на 18­-20% меньше­ металла. Применяют круглые воздуховоды прежде всего в производственных зданиях.

Преимущество прямоугольных воздуховодов состоит в том, что они лучше впис­ываются в интерьер административных и общественных зданий. В ряде случаев их применяют при прокладке через зоны с ограниченной высотой (в низких помещениях, в пространстве над подшивными потолками и т. д.).

СНиП предусматривает следующие размеры диаметров круглых воздуховодов, мм: 100, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000,

1120, 1250, 1400, 1600, 1800 и 2000 мм; для систем аспирации и пневмотранспорта используется дополнительно диаметр 110 мм.

Толщину стали для воздуховодов, по которым перемещается воздух с температурой не более 80°С, следует принимать:

диаметром 100­-200 мм – 0,5 мм

» 1800 и 2000» – 1,4 »

­При перемещении воздуха с температурой свыше 80° или воздуха, содержащего механические примеси либо агрессивные вещества, для воздуховодов допускается применение тонколисто­вой стали толщиной от 1,4 мм и выше.

Аэродинамический расчет вентиляционных систем

При перемещении воздуха в системах вентиляции происходит потеря энергии, которая обычно выражается в перепадах давлений воз­духа на отдельных участках системы и в системе в целом. Аэро­динамический расчет проводится с целью определения размеров

поперечного сечения участков сети. При этoм в системах с гpa­витационным побуждением движения располагаемое давление задано, а в системах с механическим побуждением движения потери давления определяют выбор вентилятора. В последнем случае подбор размеров поперечного сечения воздуховодов, как правило, проводят по предельно допустимым скоростям воздуха.

Потери давления P, Па, на участке воздуховода длиной l определяют по формуле

где R ­ – удельная потеря давления на 1 м стального воздуховода, Па/м; ­

βш ­ – коэффициент, учитывающий фактическую шероховатость стенок воздуховода; в зависимости от скорости движения воздуха в сечении воздуховода и абсолютной шероховатости поверхности стенок воздуховодов;

Z ­ – потеря давления в местных сопротивлениях.

Потерю давления в местных сопротивлениях Z, Па, рассчиты­вают по формуле

­где Р_д ­ – динамическое давление воздуха на участке, определяемое по формуле:

Σζ сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов: расчета участков основного направления ­ магистрали и увязки всех остальных участков системы. Расчет ведется в такой последовательности:

1. Определяют нагрузки отдельных расчетных участков. Для этого систему разбивают на отдельные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным по длине расходом воздуха. Границами между отдельными участками служат тройники. Расчетные расходы на участках определяют суммированием расходов на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значения расхода и длину каждого участка указывают на аксонометрической схеме рассчитываемой системы.

2. Выбирают основное (магистральное) направление, для чего выявляют наиболее протяженную цепочку последовательно расположенных расчетных участков. При равной протяженно­сти магистралей в качестве расчетной выбирают наиболее нaгpyженную; для вытяжной системы с гравитационным побуждением движения воздуха в качестве магистрального направления принимают наиболее протяженную цепочку участков от жалюзий­ной решетки вepxнeгo этажа.

3. Нумерацию участков магистрали обычно начинают с участка с меньшим расходом. Расход, длину и результаты последующих расчетoв заносят в таблицу аэродинамического расчета.

4. Размеры сечения расчетных участков магистрали определяют, ориентируясь на стандартные сечения воздуховодов. Ориентировочную площадь по­перечного сечения F, м 2 , принимают по формуле

где L ­- расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;

υ _peк ­ – рекомендуемая скорость движения воздуха на участках вентиляционных систем, м/с.

5. Фактическую скорость υ_фак, м/с, определяют с учетом площади сечения принятого стандартного воздуховода:

По этой скорости вычисляют динамическое давление на участке.

6. Определяют удельную потерю давления на трение по номограммам, составленным для

стальных круглых воздуховодов. Для воздуховодов из других материалов, имеющих другую шероховатость стенки, при расчете потерь на трение вводится поправочный коэффициент, ßт.

Для прямоугольных воздуховодов с размерами а×b расчет проводитcя по эквивалентному диаметру

­При определении значения R для прямоугольного воздуховода по таблицам необходимо определить значение R при υ и d_v, не принимая во внимание фактический расход воздуха.

7. Потери давления в местных сопротивлениях участков зависят от суммы коэффициентов местногo сопротивления и динамического давления. При выборе коэффициентов местных сопротивлений необходимо обращать внимание на то, к какой скорости относится табличное значение коэффициента и при необходимости делать пересчет.

8. Общие потери давления в системе равны сумме потерь по магистрали в вентиляционном оборудовании:

Для систем с механическим побуждением движения воздуха по значению общих потерь давления в системе определяется требуемое давление вентилятора. Результаты ра­счета заносятся в таблицу.

9. Увязку остальных участков (ответвлений) проводят, начи­ная с наиболее протяженных ответвлений. Методика расчета от­ветвлений аналогична расчету участков основногo направления.

При увязке ответвления известна потеря давления в нем, равная потерям давления в магистрали от общей точки до входа или выхода воздуха в атмосферу:

Размеры сечений ответвлений ­считаются подобранными, если относительная невязка потерь в параллельных участках не пре­вышает 15%:

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после рас­чета воздухообмена, а также решения трассировки воздуховодов и ка­налов. Для проведения аэродинамического расчета вычерчивают аксо­нометрическую схему системы вентиляции, на которой выделяют фасон­ные части воздуховодов. По аксонометрической схеме и планам строительной части проекта определяют протяженность отдельных вет­вей системы.

Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета вентиляционных систем. Цель аэродинамического расчета зависит от типа задачи: для прямой — это определение размеров сечений всех уча­стков системы при заданном расходе воздуха через них; для обратной — это определение расходов воздуха при заданных размерах сечений всех участков.

При аэродинамическом расчете вентиляционных систем схему раз­бивают на отдельные расчетные участки. Расчетный участок характери­зуется постоянным расходом воздуха. Границами между отдельными участками схемы служат тройники. Потери давления на участке зависят от скорости движения воздуха и складываются из потерь на трение и по­терь в местных сопротивлениях.

Так же, как при гидравлическом расчете системы отопления, в си­стеме вентиляции намечается основное расчетное йаправление — маги­страль, представляющая собой цепочку последовательно расположен­ных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления. При наличии двух или более таких цепочек, одинаковых по протяжен­ности, за магистральное направление принимается наиболее нагружен­ная (имеющая больший расход).

Потери давления в системе равны потерям давления по магистра­ли, слагающимся из потерь давления на всех последовательно располо­женных участках, составляющих магистраль, и потерь давления в вен­тиляционном оборудовании (калориферы, фильтры и пр.).

Существует много различных способов расчета вентиляционных систем. Некоторые из них получили широкое распространение в проект­ной практике.

Мы рассмотрим лишь классические инженерные способы решения прямой и обратной задач аэродинамического расчета.

Аэродинамический расчет систем вентиляции с механическим по­буждением движения воздуха несколько упрощен по сравнению ^гид­равлическим расчетом систем отопления, так как в данном случае раз­меры поперечного сечения отдельных участков принимаются по допу­стимым (рекомендуемым) скоростям движения воздуха. Аэродинамиче­ский расчет вентиляционной системы, состоящий из двух этапов: расчета участков основного направления — магистрали и увязки всех остальных участков системЬі, проводится в такой последовательности.

1. Определение нагрузки отдельных расчетных участков. Систему разбивают на отдельные участки и определяют расход воздуха на каждом из них. Расходы определяют суммированием расходов на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участ­ков. Значения расхода и длины каждого участка наносят на аксономет­рическую схему.

2. Выбор основного (магистрального) направле­ния. Выявляют наиболее протяженную цепочку последовательно рас­положенных расчетных участков. Фиксируют оборудование и устрой­ства, в которых происходят потери давления: жалюзийные решетки, ка­лориферы, фильтры и пр.

3. Нумерация участков магистрали. Участки основного направления нумеруют, начиная с участка с меньшим расходом. Рас­ход и длину каждого участка основного направления заносят в таблицу аэродинамического расчета.

4. Определение размеров сечения расчетных уча­стков магистрали. Площадь поперечного сечения расчетного участка, м2, определяют по формуле

Где Lp — расчетный расход воздуха на участке, м3/с; — рекомендуемая ско­рость движения воздуха на участке, м/с (принимается по табл. XI.3).

Рекомендуемые скорости определены из экономических соображений. Оптимальная скорость соответствует минимуму приведенных затрат — сумме капитальных затрат (стоимость воздуховодов, вентилятора, двигателя и пр.) и эксплуатационных расходов (электроэнергия) за период окупаемости. Кроме экономических соображений при опреде­лении рекомендуемых скоростей учтены технические требования. Например, из условий снижения шума скорость в воздуховодах в промышленных зданиях не рекомендуется более 10 м/с, в общественных зданиях 8 м/с. В системах с естественным побуждением движения воздуха рекомендуемые скорости ниже, так как в этих системах располага­емое давление ограничено. Воздуховоды сильно загромождают помещение, поэтому в отдельных частях системы принимают максимально допустимые скорости движения воздуха. Рекомендуется меньшую скорость принимать на концевых участках системы, постепенно увеличивая ее для других участков магистрали. На участке с большим рас­ходом принимается большая скорость.

Рекомендуемые скорости движения воздуха на участках и в элементах вентиляционных систем